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一.试验背景
在视音频编码方面，我国组织了大量的力量开展了相关的技术研发和科技攻关工作，目前，已经研发出具有自主知识产权的视音频编码技术，颁布了行业标准，芯片等关键器件的研发工作也取得了突破性进展。实验室测试结果表明，我国自主研发的视音频编码技术在技术先进性和经济可行性方面具有世界领先水平。
根据技术发展规律，我国视音频编码技术已经从标准研发阶段进入到集成共用技术阶段，需要进行实际应用环境的现场技术试验。为此，国家新闻出版广电总局下发了《广电总局关于同意在广东珠三角开展“AVS+和DRA”视音频标准数字电视地面广播试验的批复》文件（广局[2012]382号），同意以《广播电视先进视音频编解码 第1部分：视频》GY/T257.1-2012（简称AVS+）和《多声道数字音频编解码技术规范》（简称DRA（Digital Rise Audio））为核心技术，在广东珠江三角洲因地制宜地选择3个发射台站，采用地面数字电视国家标准DTMB、信道调制使用总局推荐的工作模式7，搭建国内首个基于数字电视地面广播的“AVS+和DRA”视音频试验平台，开展“AVS+和DRA”视音频标准的集成试验和应用示范。
二.试验目的与意义
根据总局下发的任务要求，其主要工作内容是在广东珠江三角洲搭建国内首个基于数字电视地面广播的“AVS+和DRA”视音频试验平台，在采用DTMB标准的地面数字电视覆盖网络上开展“AVS+和DRA”双标准试验，藉此实现如下工作任务：
·按照总局批复要求，在研究了AVS+、DRA和DTMB标准的基础上，结合广州市现有广播电视基础设施、传输分配链路实际情况，结合单频网网络规划仿真分析结果，进行单频网方案设计和系统总体设计，为“AVS+和DRA”试验搭建地面数字电视广播单频网覆盖试验平台；
·为在国标地面数字电视广播体系（DTMB）中采用“AVS+和DRA”视音频编解码技术的可行性和先进性提供试验验证；
·在保障高/标清视频编码质量的情况下，为采用视频标准AVS+和音频标准DRA提出适用码率参考取值和相关技术建议；
·为自主知识产权的“AVS+和DRA”视音频标准在广电行业推广应用提供技术参考依据
·进产业链相关设备性能提升改进，推动AVS+和DRA产业化进程，推动自主创新战略新兴产业的发展。
该项目作为国家广电总局对AVS+和DRA双标准在数字电视地面广播的推广应用的第一个试验和应用示范项目，将加速AVS+和DRA标准在数字电视地面广播的全面推广，促进“AVS+和DRA”视音频的产业化应用，推动基于我国自主创新技术的数字视音频产业的健康发展，对加快国家数字电视地面广播专项工程项目的实施，确保未来我国数字电视的健康、可持续发展，进一步满足广大人民群众享受公众文化信息服务的需要，具有重要的意义和巨大社会效益。
同时，AVS+和DRA两个具有我国自主知识产权标准的整合集成，捆绑应用，激活了DRA音频标准在数字电视广播的应用市场，随着AVS+和DRA标准的整合集成和产业化推广应用，AVS+和DRA标准将代替我国目前普遍使用的MPEG-2、H.264等编码标准，从而避免我国陷入联合视频组和MPEG联合工作组等国际组织收取巨额专利费的被动局面，为我国数字视音频产业节省上千亿美元的专利费。
三.试验内容及试验方法
根据试验目的，项目组基于科学、严谨、全面、公平、公正、开放的原则，在前端搭建了端到端的闭路环境试验平台以及现场开路环境试验平台，试验内容如图1所示：
第一，通过在前端闭路环境下，采用客观测量和主观评估相结合的评估方法，完成与MPEG-2标/高清相同音视频质量下，AVS+和DRA的最佳码率配置试验；
第二，为保障开路现场试验数据的有效性，首先在开路现场环境下，采用客观测量和主观评估相结合的评估方法，对“AVS+和DRA”视音频数字电视地面广播试验环境的覆盖效果进行摸底测试，同时为后续“AVS+和DRA”试验选取抽样区域提供借鉴；
第三，通过对多款被测接收终端室外、室内固定接收主观、客观接收性能测试，完成地面数字电视广播体系中采用“AVS+和DRA”双标准视音频编解码技术的可行性验证、“AVS+和DRA”视音频编解码的集成兼容性试验、为不同产品的性能提高提供基础测试数据以及目前“AVS+和DRA”产品成熟度的摸底评估。
四.试验系统
1.闭路试验系统
围绕试验任务，搭建的前端闭路试验系统如图2所示。在该平台上，采用客观测量和主观评估相结合的方法，开展了视频客观评估、音频客观评估、视音频客观评估、视音频主观评估四大项试验内容。
视频客观动态评估试验数据集如图3所示，试验系统由采用了基于人类视觉系统模型研制的可复现、客观的视频质量分析仪PQA600A播出10个标清、6个高清的经典参考序列，通过被测的编解码设备以测试序列的形式回馈给视频质量分析仪，通过比对参考序列与测试序列之间的PQR值、PSNR值和DMOS值，来评估数字编解码系统的质量损伤，测量数值为AVS+应用提供适用码率的数据支撑。
音频、视音频客观评估试验数据集如图4所示，系统由信号发生器产生标/高清视音频码流，经过被测的编解码设备输出给示波器，测量音视频时延，同时解嵌出音频信号，通过音频质量分析仪，评估音频信号的幅频特性、总谐波失真、音频信噪比等相关技术特性。
视音频主观评估试验数据集如图5所示，试验系统由播放器播出未经压缩受损的原始素材，经被测编码设备进行视频AVS+和音频DRA集成编码后，进入调制器进行信道调制、经衰减器进入被测接收终端经信道解调、解码、信源解码还原显示，主观评估视频质量、音频质量、音视频是否同步。为此，项目组组织了行业内数位专家组成了五人的主观评估试验小组，分别针对晚会、风景、运动三个音视频段、八种编码码率、四种编码设备、七款接收终端，在该平台上进行了端到端的视频、音频、视音频同步主观评估。 2.开路试验系统
广东珠江三角洲数字电视地面广播单频示范网设计是一个系统性、科学性的工程，包括前端信源系统、传输分配系统、发射系统乃至接收终端多方面的设计工作，系统在保证各部分优化的基础上，相互协调，共同达到对目标覆盖区域较理想的覆盖效果。
围绕试验任务，搭建的开路试验平台系统总框图如图6所示，可分为两大部分：发射端部分和接收端部分。发射端主要将信号源，经编码、复用、单频网适配器、进入激励器经同步调制、上变频后通过发射机完成功率放大，经发射天线以电磁波的形式，从空中无线发射出去；试播节目为中央电视台综合频道高清节目（CCTV-1高清）以及中央电视台综合频道（CCTV-1）、军事农业频道（CCTV-7）、新闻频道（CCTV-新闻）标清节目，其中CCTV-1和CCTV-7采用MPEG-2信源编码，CCTV-1高清和CCTV-新闻信源编码采用AVS+和DRA信源编码。接收端主要由地面数字电视测试仪、地面数字电视多径测试仪完成客观指标的测量；由多款接收机解调、解码经显示器还原显示完成音视频质量的主观评价；由测试车开至测试点，完成室外固定接收测试，整个接收端测试系统置于测试车中，接收天线置于测试车顶部。
在这个平台上，采用客观测量和主观评估相结合的方法，开展了试验环境覆盖效果评估、地面数字电视广播体系中采用“AVS+和DRA”双标准视音频编解码技术的可行性试验两大项试验内容。同时，为了验证试验平台是否满足总局的文件要求，项目组特请广播电视规划院，对本次试验的试验平台进行了第三方的验证测试。
结合试验环境覆盖效果的理论仿真结果，规划移动测试路线，并采用地面数字电视测试仪客观测量记录接收电平、调制误差比MER、载噪比、误码率等客观指标，完成试验环境覆盖效果的评估工作。
可行性试验，一方面采用码流分析仪分别对AVS+和DRA编码器输出、复用器输出、单频网适配器输出码流的码率大小、CBR码率抖动范围、码流格式等进行检测，以验证AVS+和DRA视音频集成编码在地面数字电视广播单频网系统中信源前端系统中的稳定性和可行性。另一方面，如图7所示，基于单频网覆盖效果评估结果，针对不同信号特征、地貌特点与信道环境的覆盖区域，参照均匀分布的原则，离散抽样50个室外测试点、10个室内测试点，采用客观测量和主观评估相结合的综合测试方法对不同信道解调芯片、不同信源解码芯片、不同品牌组成的九款接收终端进行接收可行性试验。由测试人员完成抽样点的频谱、载波电平、载噪比值、以及被测接收终端的图像质量（马赛克、静帧、黑场、解码连续性等）的监看情况、声音信号质量（无声音、噼啪噪音等）的监听工作、被测接收机音视频同步情况、从加电启动到图像正常显示的时间等指标的测量，从而完成地面数字电视广播体系中采用“AVS+和DRA”双标准视音频编解码技术的可行性试验工作。
试验平台验证工作，测试内容主要围绕试验平台的工作频率、工作模式、发射功率、发射机的工作状态等技术参数是否符合总局的文件要求，发射机的指标是否符合相关的标准要求、是否单频组网等方面来展，为试验系统与试验数据的有效性提供技术支撑。
五.试验结论
通过在前端搭建端到端的闭路试验环境和现场开路试验环境，采用客观测量和主观评估相结合的试验方法，完成了码率配置试验、覆盖效果评估、可行性验证三大项试验内容。
期间共有两款AVS+和DRA标/高清编码器、两款信源解码芯片、两款信道解码芯片、四种解调+解码的芯片解决方案、八家终端品牌九款终端产品参加了试验，使试验平台与试验项目囊括了最广泛的产业支持，一方面保证了试验结果公正公允，能够代表目前行业设备主流性能；另一方面也对各自参加试验厂家的设备进行了从解调到解码多角度多环境下综合指标的集成试验，经过对采集的大量第一手数据经过多维度分析，试验结论如下：
1）视频码率配置
·针对高清节目内容，被测的AVS+和DRA编码器在6～8Mb/s码率设置下，接收效果与MPEG-2高清编码器18Mb/s码率设置相当；
·标清节目内容，试验编码器在2～2.5Mb/s设置码率下，接收效果与MPEG-2标清编码器3.75码率时输出效果相当。
2）音频性能
·AVS+和DRA编码器的总谐波失真保持在一个较低比率，在0.11%以下，符合GY/T271-2013标准要求的0.5%以下；
·音频信噪比（不加权）通过音频信号输出电平与关断音频信号源后1kHz噪声信号输出电平之差计算，AVS+和DRA编解码器音频信噪比指标符合GY/T271-2013标准要求的≥70dB；
·按照GB/T 22150-2008的要求，“由编解码器引入的音视频相对定时误差应在±2ms以内”，编码器的视音频时延存在调优和提升空间。
3）可行性试验
·充分验证了目前阶段“AVS+和DRA”集成编码技术的稳定性与先进性；
·充分验证了“AVS+和DRA”集成编码技术在地面数字电视广播网络中应用可行性。
六.结束语
本试验和应用示范项目按照总局文件（广局[2012]382号）任务要求，在研究AVS+、DRA和DTMB三大标准的基础上，在广东珠江三角洲搭建了国内首个基于DTMB单频网的“AVS+和DRA”音视频集成应用试验平台，并开展了多方面多层次的“AVS+和DRA”视音频技术的试验，获得了丰富的试验数据，充分验证了AVS+、DRA与DTMB技术标准协同工作的可行性，在国内首次提出了采用“AVS+和DRA”适用码率的参考取值和相关技术建议，有力地推动了AVS+、DRA等数字音视频产品设备的研发和质量提升，促进了相关数字电视产品的产业化进程，对加快推进我国地面数字电视广播和相关自主创新战略性新兴产业发展，具有重要意义。
在视音频编码方面，我国组织了大量的力量开展了相关的技术研发和科技攻关工作，目前，已经研发出具有自主知识产权的视音频编码技术，颁布了行业标准，芯片等关键器件的研发工作也取得了突破性进展。实验室测试结果表明，我国自主研发的视音频编码技术在技术先进性和经济可行性方面具有世界领先水平。
根据技术发展规律，我国视音频编码技术已经从标准研发阶段进入到集成共用技术阶段，需要进行实际应用环境的现场技术试验。为此，国家新闻出版广电总局下发了《广电总局关于同意在广东珠三角开展“AVS+和DRA”视音频标准数字电视地面广播试验的批复》文件（广局[2012]382号），同意以《广播电视先进视音频编解码 第1部分：视频》GY/T257.1-2012（简称AVS+）和《多声道数字音频编解码技术规范》（简称DRA（Digital Rise Audio））为核心技术，在广东珠江三角洲因地制宜地选择3个发射台站，采用地面数字电视国家标准DTMB、信道调制使用总局推荐的工作模式7，搭建国内首个基于数字电视地面广播的“AVS+和DRA”视音频试验平台，开展“AVS+和DRA”视音频标准的集成试验和应用示范。
二.试验目的与意义
根据总局下发的任务要求，其主要工作内容是在广东珠江三角洲搭建国内首个基于数字电视地面广播的“AVS+和DRA”视音频试验平台，在采用DTMB标准的地面数字电视覆盖网络上开展“AVS+和DRA”双标准试验，藉此实现如下工作任务：
·按照总局批复要求，在研究了AVS+、DRA和DTMB标准的基础上，结合广州市现有广播电视基础设施、传输分配链路实际情况，结合单频网网络规划仿真分析结果，进行单频网方案设计和系统总体设计，为“AVS+和DRA”试验搭建地面数字电视广播单频网覆盖试验平台；
·为在国标地面数字电视广播体系（DTMB）中采用“AVS+和DRA”视音频编解码技术的可行性和先进性提供试验验证；
·在保障高/标清视频编码质量的情况下，为采用视频标准AVS+和音频标准DRA提出适用码率参考取值和相关技术建议；
·为自主知识产权的“AVS+和DRA”视音频标准在广电行业推广应用提供技术参考依据
·进产业链相关设备性能提升改进，推动AVS+和DRA产业化进程，推动自主创新战略新兴产业的发展。
该项目作为国家广电总局对AVS+和DRA双标准在数字电视地面广播的推广应用的第一个试验和应用示范项目，将加速AVS+和DRA标准在数字电视地面广播的全面推广，促进“AVS+和DRA”视音频的产业化应用，推动基于我国自主创新技术的数字视音频产业的健康发展，对加快国家数字电视地面广播专项工程项目的实施，确保未来我国数字电视的健康、可持续发展，进一步满足广大人民群众享受公众文化信息服务的需要，具有重要的意义和巨大社会效益。
同时，AVS+和DRA两个具有我国自主知识产权标准的整合集成，捆绑应用，激活了DRA音频标准在数字电视广播的应用市场，随着AVS+和DRA标准的整合集成和产业化推广应用，AVS+和DRA标准将代替我国目前普遍使用的MPEG-2、H.264等编码标准，从而避免我国陷入联合视频组和MPEG联合工作组等国际组织收取巨额专利费的被动局面，为我国数字视音频产业节省上千亿美元的专利费。
三.试验内容及试验方法
根据试验目的，项目组基于科学、严谨、全面、公平、公正、开放的原则，在前端搭建了端到端的闭路环境试验平台以及现场开路环境试验平台，试验内容如图1所示：
第一，通过在前端闭路环境下，采用客观测量和主观评估相结合的评估方法，完成与MPEG-2标/高清相同音视频质量下，AVS+和DRA的最佳码率配置试验；
第二，为保障开路现场试验数据的有效性，首先在开路现场环境下，采用客观测量和主观评估相结合的评估方法，对“AVS+和DRA”视音频数字电视地面广播试验环境的覆盖效果进行摸底测试，同时为后续“AVS+和DRA”试验选取抽样区域提供借鉴；
第三，通过对多款被测接收终端室外、室内固定接收主观、客观接收性能测试，完成地面数字电视广播体系中采用“AVS+和DRA”双标准视音频编解码技术的可行性验证、“AVS+和DRA”视音频编解码的集成兼容性试验、为不同产品的性能提高提供基础测试数据以及目前“AVS+和DRA”产品成熟度的摸底评估。
四.试验系统
1.闭路试验系统
围绕试验任务，搭建的前端闭路试验系统如图2所示。在该平台上，采用客观测量和主观评估相结合的方法，开展了视频客观评估、音频客观评估、视音频客观评估、视音频主观评估四大项试验内容。
视频客观动态评估试验数据集如图3所示，试验系统由采用了基于人类视觉系统模型研制的可复现、客观的视频质量分析仪PQA600A播出10个标清、6个高清的经典参考序列，通过被测的编解码设备以测试序列的形式回馈给视频质量分析仪，通过比对参考序列与测试序列之间的PQR值、PSNR值和DMOS值，来评估数字编解码系统的质量损伤，测量数值为AVS+应用提供适用码率的数据支撑。
音频、视音频客观评估试验数据集如图4所示，系统由信号发生器产生标/高清视音频码流，经过被测的编解码设备输出给示波器，测量音视频时延，同时解嵌出音频信号，通过音频质量分析仪，评估音频信号的幅频特性、总谐波失真、音频信噪比等相关技术特性。
视音频主观评估试验数据集如图5所示，试验系统由播放器播出未经压缩受损的原始素材，经被测编码设备进行视频AVS+和音频DRA集成编码后，进入调制器进行信道调制、经衰减器进入被测接收终端经信道解调、解码、信源解码还原显示，主观评估视频质量、音频质量、音视频是否同步。为此，项目组组织了行业内数位专家组成了五人的主观评估试验小组，分别针对晚会、风景、运动三个音视频段、八种编码码率、四种编码设备、七款接收终端，在该平台上进行了端到端的视频、音频、视音频同步主观评估。 2.开路试验系统
广东珠江三角洲数字电视地面广播单频示范网设计是一个系统性、科学性的工程，包括前端信源系统、传输分配系统、发射系统乃至接收终端多方面的设计工作，系统在保证各部分优化的基础上，相互协调，共同达到对目标覆盖区域较理想的覆盖效果。
围绕试验任务，搭建的开路试验平台系统总框图如图6所示，可分为两大部分：发射端部分和接收端部分。发射端主要将信号源，经编码、复用、单频网适配器、进入激励器经同步调制、上变频后通过发射机完成功率放大，经发射天线以电磁波的形式，从空中无线发射出去；试播节目为中央电视台综合频道高清节目（CCTV-1高清）以及中央电视台综合频道（CCTV-1）、军事农业频道（CCTV-7）、新闻频道（CCTV-新闻）标清节目，其中CCTV-1和CCTV-7采用MPEG-2信源编码，CCTV-1高清和CCTV-新闻信源编码采用AVS+和DRA信源编码。接收端主要由地面数字电视测试仪、地面数字电视多径测试仪完成客观指标的测量；由多款接收机解调、解码经显示器还原显示完成音视频质量的主观评价；由测试车开至测试点，完成室外固定接收测试，整个接收端测试系统置于测试车中，接收天线置于测试车顶部。
在这个平台上，采用客观测量和主观评估相结合的方法，开展了试验环境覆盖效果评估、地面数字电视广播体系中采用“AVS+和DRA”双标准视音频编解码技术的可行性试验两大项试验内容。同时，为了验证试验平台是否满足总局的文件要求，项目组特请广播电视规划院，对本次试验的试验平台进行了第三方的验证测试。
结合试验环境覆盖效果的理论仿真结果，规划移动测试路线，并采用地面数字电视测试仪客观测量记录接收电平、调制误差比MER、载噪比、误码率等客观指标，完成试验环境覆盖效果的评估工作。
可行性试验，一方面采用码流分析仪分别对AVS+和DRA编码器输出、复用器输出、单频网适配器输出码流的码率大小、CBR码率抖动范围、码流格式等进行检测，以验证AVS+和DRA视音频集成编码在地面数字电视广播单频网系统中信源前端系统中的稳定性和可行性。另一方面，如图7所示，基于单频网覆盖效果评估结果，针对不同信号特征、地貌特点与信道环境的覆盖区域，参照均匀分布的原则，离散抽样50个室外测试点、10个室内测试点，采用客观测量和主观评估相结合的综合测试方法对不同信道解调芯片、不同信源解码芯片、不同品牌组成的九款接收终端进行接收可行性试验。由测试人员完成抽样点的频谱、载波电平、载噪比值、以及被测接收终端的图像质量（马赛克、静帧、黑场、解码连续性等）的监看情况、声音信号质量（无声音、噼啪噪音等）的监听工作、被测接收机音视频同步情况、从加电启动到图像正常显示的时间等指标的测量，从而完成地面数字电视广播体系中采用“AVS+和DRA”双标准视音频编解码技术的可行性试验工作。
试验平台验证工作，测试内容主要围绕试验平台的工作频率、工作模式、发射功率、发射机的工作状态等技术参数是否符合总局的文件要求，发射机的指标是否符合相关的标准要求、是否单频组网等方面来展，为试验系统与试验数据的有效性提供技术支撑。
五.试验结论
通过在前端搭建端到端的闭路试验环境和现场开路试验环境，采用客观测量和主观评估相结合的试验方法，完成了码率配置试验、覆盖效果评估、可行性验证三大项试验内容。
期间共有两款AVS+和DRA标/高清编码器、两款信源解码芯片、两款信道解码芯片、四种解调+解码的芯片解决方案、八家终端品牌九款终端产品参加了试验，使试验平台与试验项目囊括了最广泛的产业支持，一方面保证了试验结果公正公允，能够代表目前行业设备主流性能；另一方面也对各自参加试验厂家的设备进行了从解调到解码多角度多环境下综合指标的集成试验，经过对采集的大量第一手数据经过多维度分析，试验结论如下：
1）视频码率配置
·针对高清节目内容，被测的AVS+和DRA编码器在6～8Mb/s码率设置下，接收效果与MPEG-2高清编码器18Mb/s码率设置相当；
·标清节目内容，试验编码器在2～2.5Mb/s设置码率下，接收效果与MPEG-2标清编码器3.75码率时输出效果相当。
2）音频性能
·AVS+和DRA编码器的总谐波失真保持在一个较低比率，在0.11%以下，符合GY/T271-2013标准要求的0.5%以下；
·音频信噪比（不加权）通过音频信号输出电平与关断音频信号源后1kHz噪声信号输出电平之差计算，AVS+和DRA编解码器音频信噪比指标符合GY/T271-2013标准要求的≥70dB；
·按照GB/T 22150-2008的要求，“由编解码器引入的音视频相对定时误差应在±2ms以内”，编码器的视音频时延存在调优和提升空间。
3）可行性试验
·充分验证了目前阶段“AVS+和DRA”集成编码技术的稳定性与先进性；
·充分验证了“AVS+和DRA”集成编码技术在地面数字电视广播网络中应用可行性。
六.结束语
本试验和应用示范项目按照总局文件（广局[2012]382号）任务要求，在研究AVS+、DRA和DTMB三大标准的基础上，在广东珠江三角洲搭建了国内首个基于DTMB单频网的“AVS+和DRA”音视频集成应用试验平台，并开展了多方面多层次的“AVS+和DRA”视音频技术的试验，获得了丰富的试验数据，充分验证了AVS+、DRA与DTMB技术标准协同工作的可行性，在国内首次提出了采用“AVS+和DRA”适用码率的参考取值和相关技术建议，有力地推动了AVS+、DRA等数字音视频产品设备的研发和质量提升，促进了相关数字电视产品的产业化进程，对加快推进我国地面数字电视广播和相关自主创新战略性新兴产业发展，具有重要意义。